CN110508592B - 一种铀尾矿库滩面微波固化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铀尾矿库滩面微波固化方法，通过纵深微波加热系统和表面微波加热系统对铀尾矿库滩面进行分层、分向微波固化处理最终实现整个滩面烧结处理，并通过烧结处理达到减容的效果；本发明在进行铀尾矿库滩面纵深微波固化时，首先对整个滩面进行打孔布点，然后依次将圆形喇叭馈口深入孔内对铀尾矿库滩面进行深度烧结；在进行铀尾矿库滩面表面微波固化时，通过方形喇叭馈口实现大面积的烧结；本发明通过纵深微波固化和表面微波固化最终实现整个滩面烧结处理，其处理效果好，另外，本发明还具有升温速度快、烧结时间短、控制及时、反应灵敏、穿透能力强、能源利用率高与产生二次废物少等特点。
Description
技术领域
本发明涉及铀尾矿库滩面处理方法，尤其涉及一种铀尾矿库滩面微波固化方法。
背景技术
铀矿冶设施是核燃料循环系统重要组成部分，其中铀尾矿库是核工业对环境和公众造成潜在重大安全隐患的突出问题，也是退役环境治理的重点工作，更是我国辐射防护和环境保护的重点任务，铀尾矿库作为一个长期潜在的放射性污染源，已对生态环境安全构成重大威胁。
由于铀矿冶废物量庞大，不能用处理高放废液的方法进行收集固化隔离处置，只能采取就地覆盖的处理方式，进行隔离和稳定化的处置；就地处置主要是采用土壤、砂砾石、沥青、水泥等材料对裸露的尾矿进行覆盖，随后种植植被，并对坝体整治加固，修筑必要的防水防洪设施，使尾矿长期稳定的封闭在尾矿库中，以达到控制γ辐射水平和抑制222Rn析出，并防止由于自然力或其他原因引起的塌垮流失而造成环境污染的目的；但场所内堆存的大量铀衰变产物，其放射性危害依然长期存在，另外由于我国地域广袤、气候多变，如我国南方地区受雨水淋浸和冲刷严重，农田池塘多，且人口稠密，而西北干旱地区，则风沙较大，暴雨山洪袭击严重，且生态环境十分脆弱，因此对覆盖层和稳定化要求程度较高；部分已进行治理的尾矿库覆盖层因雨水冲刷、动植物破坏等因素已造成覆盖失效等问题，随时有对周边环境造成严重污染的可能，因此，寻求一种将放射性废物与人类生存环境长期稳定安全相隔离的新技术是铀尾矿库退役治理的关键所在。
授权公告号为CN102844819B的发明专利介绍了一种用于放射性物的热解和玻璃化的微波增强系统、方法和设备，该系统通过微波加热和感应加热的结合执行的热解和玻璃化来减小放射性废料的体积；该发明微波加热装置包括：微波源、波导装置和罐，但该发明适用于为了稳定化废料的目的而热解和液化固体放射性废料以便安全存储和处置；该系统接收和处理的固体废物供给的层的数量受罐的尺寸限制，当沉淀在罐内的固体废物供给已经被处理时，罐需要根据适当的规定被密封和存储或处置,因此该设备并不适用于大面积的尾矿库滩面的治理。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供了一种铀尾矿库滩面微波固化方法，通过纵深微波加热系统和表面微波加热系统对铀尾矿库滩面进行分层(由深层至浅层、由表面至深层)分向(横向、纵向)微波固化处理，最终实现整个滩面烧结处理并达到减容的效果；在进行铀尾矿库滩面纵深微波固化时，首先对整个滩面进行打孔布点，采用纵深微波加热系统，依次将圆形喇叭馈口深入孔内对铀尾矿库滩面进行深度烧结；在进行铀尾矿库滩面表面微波固化时，采用表面微波加热系统，通过方形喇叭馈口实现大面积的烧结；通过纵深微波固化和表面微波固化实现铀尾矿库滩面的表面和深部的烧结处理，最终实现整个滩面烧结处理，其处理效果好。
本发明是通过以下技术方案予以实现的。
一种铀尾矿库滩面微波固化方法，通过铀尾矿库滩面表面微波固化装备对待处理的铀尾矿库滩面进行表面微波固化处理，包括以下步骤：
步骤1：首先，通过移动装置将微波固化设备运送到处理现场的起始位置；
步骤2：上下调节表面微波固化装备的喇叭馈口的高度，使喇叭馈口边缘与滩面接触；
步骤3：启动表面微波加热系统，控制微波发生器输出功率在75kW～100kW之间，并控制烧结温度在1100～1500℃，保温30～50min条件下对滩面铀尾矿微波烧结处理；
步骤4：将喇叭馈口移动至下一烧结面，重复步骤2和步骤3进行下一次微波烧结，直至整个滩面完成铀尾矿的微波烧结处理。
进一步的，在进行铀尾矿库滩面的表面微波固化处理前，还包括如下步骤：
通过铀尾矿库滩面纵深微波固化装备对待处理的铀尾矿库滩面进行纵深微波固化处理：
步骤S1：对待处理的整个铀尾矿库滩面进行打孔布点；
步骤S2：通过移动装置将纵深微波固化装备运送到处理现场，并通过升降装置将微波加热系统的喇叭馈口伸入预先打好的孔内；
步骤S3：启动纵深微波加热系统，控制微波发生器输出功率在75kW～100kW之间，并控制烧结温度在1100～1500℃，保温30～50min条件下对深层尾矿进行微波烧结处理，通过升降装置控制尾矿烧结的深度；
步骤S4：重复步骤S2和步骤S3，对整个滩面的所有孔进行深层尾矿微波烧结处理。
优选的，步骤S1中所述的打孔布点的孔的深度为0.5～1m，孔径0.3～0.35m，孔间距为0.7m。
优选的，步骤S2中喇叭馈口为圆形，根据孔洞尺寸大小，将喇叭馈口直径为0.3～0.5m。
优选的，所述步骤3和所述步骤S3中微波烧结处理时，微波穿透深度在0.3～0.5m，一次有效烧结深度为0.3m。
优选的，步骤2中喇叭馈口为方形，喇叭馈口尺寸为1m×1m～1m×2m。
进一步的，步骤3和所述步骤S3的微波烧结过程中通过冷却水或循环冷却水对微波系统进行降温处理。
进一步的，步骤3和所述步骤S3中微波烧结过程中通过废气抽排接口将微波烧结过程中产生的废弃排入废气处理系统进行处理。
进一步的，步骤3中的所述表面微波加热系统和所述步骤S3中所述的纵深微波加热系统通过红外测温、保护装置在加热过程中对电源设备进行过热保护；通过保护装置中的环形器将微波发生器产生的微波按照由静偏磁场确定的方向传入波导管并由波导管传输至喇叭馈口进行微波烧结；通过保护装置中的水负载对微波加热过程中反射的微波进行吸收。
进一步的，步骤4中，当一个烧结面烧结处理完毕后，将所述喇叭馈口移动至下一个烧结面，该烧结面与上一个烧结面衔接紧密，直到整片铀尾矿库滩面的表面均被烧结完成。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1.本发明在进行铀尾矿库滩面微波处理时，无需对铀尾矿库滩面检测放射性物质进行检测，直接通过纵深微波加热系统和表面微波加热系统对铀尾矿库滩面进行分层(由深层至浅层、由表面至深层)分向(横向、纵向)微波固化处理最终实现整个滩面烧结处理，并通过烧结处理达到减容的效果。
2.本发明在进行铀尾矿库滩面纵深微波固化时，采用纵深微波加热系统，其喇叭馈口的形状设计成圆形，通过打孔布点对铀尾矿库滩面进行深度烧结；在进行铀尾矿库滩面表面微波固化时，采用表面微波加热系统，其喇叭馈口的形状设计成方形，便于大面积烧结时把整个面全封住，上一个烧结面与下一个烧结面衔接紧密，避免了两个烧结面之间因产生缝隙而烧不到；通过纵深微波固化和表面微波固化实现铀尾矿库滩面的表面和深部的烧结处理，固熔比＞80％，最终实现整个滩面烧结处理，其处理效果好。
3.相较于传统的加热方式，本发明装置采用微波加热的方式，微波加热技术与传统加热方式不同，它是通过被加热体内部偶极分子高频往复运动，产生“内摩擦热”而使被加热物料温度升高，不须任何热传导过程，就能使物料内外部同时加热、同时升温，加热速度快且均匀，仅需传统加热方式的能耗的几分之一或几十分之一就可达到加热目的，因此其具有升温速度快、烧结时间短、控制及时、反应灵敏、穿透能力强、能源利用率高与产生二次废物少等特点；与常规烧结工艺相比，微波烧结在提高材料密度、改善显微组织、提高材料性能、节省投资等方面具有较大优势。
附图说明
图1为本发明的铀尾矿库滩面微波固化方法的流程图；
图2为本发明的铀尾矿库滩面微波固化方法中使用的铀尾矿库滩面表面微波固化装备的结构示意图；
图3为本发明的铀尾矿库滩面微波固化方法中使用的铀尾矿库滩面纵深微波固化装备的结构示意图；
图4为本发明的铀尾矿库滩面微波固化方法中使用的铀尾矿库滩面表面微波固化装备中喇叭馈口的结构及安装示意图；
图5为本发明的铀尾矿库滩面微波固化方法中使用的铀尾矿库滩面纵深微波固化装备中喇叭馈口的结构及安装示意图；
图6为本发明使用的铀尾矿库滩面表面微波固化装备的设备结构展示图；
图7为本发明使用的铀尾矿库滩面表面微波固化装备的设备结构展示图的主视图；
图8为使用本发明一种铀尾矿库滩面微波固化方法进行微波烧结的效果图，图中(a)表示单次烧结示意图，图中(b)表示连续烧结示意图。
图中：1.微波加热系统；101.微波发生器；102.微波控制柜；103.波导管；104.喇叭馈口；105.支撑板；2.升降装置；201.升降臂安装座；202.第一升降臂；203.第一气缸；204.第二升降臂；205.第二气缸；206.第三升降臂；207.第三气缸；3.尾气处理系统；4.电力供应系统；5.移动装置。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
参照图1，一种铀尾矿库滩面微波固化方法，通过铀尾矿库滩面表面微波固化装备对待处理的铀尾矿库滩面进行表面微波固化处理，包括以下步骤：
步骤1：首先，通过移动装置将微波固化设备运送到处理现场的起始位置；
步骤2：上下调节表面微波固化装备的喇叭馈口的高度，使喇叭馈口边缘与滩面接触；
步骤3：启动表面微波加热系统，控制微波发生器输出功率在75kW～100kW之间，并控制烧结温度在1100～1500℃，保温30～50min条件下对滩面铀尾矿微波烧结处理；
步骤4：将喇叭馈口移动至下一烧结面，重复步骤2和步骤3进行下一次微波烧结，直至整个滩面完成铀尾矿的微波烧结处理。
根据图1，在进行铀尾矿库滩面的表面微波固化处理前，还包括通过铀尾矿库滩面纵深微波固化装备对待处理的铀尾矿库滩面进行纵深微波固化处理,具体步骤如下：
步骤S1：对待处理的整个铀尾矿库滩面进行打孔布点；
步骤S2：通过移动装置将纵深微波固化装备运送到处理现场，并通过升降装置将微波加热系统的喇叭馈口伸入预先打好的孔内；
步骤S3：启动纵深微波加热系统，控制微波发生器输出功率在75kW～100kW之间，并控制烧结温度在1100～1500℃，保温30～50min条件下对深层尾矿进行微波烧结处理，通过升降装置控制尾矿烧结的深度；
步骤S4：重复步骤S2和步骤S3，对整个滩面的所有孔进行深层尾矿微波烧结处理。
其中，步骤S1中所述的打孔布点的孔的深度为0.5～1m，孔径0.3～0.35m，孔间距为0.7m。
步骤S2中喇叭馈口为圆形，根据孔洞尺寸大小，将喇叭馈口直径为0.3～0.5m。
所述步骤3和所述步骤S3中微波烧结处理时，微波穿透深度在0.3～0.5m，一次有效烧结深度为0.3m。
步骤2中喇叭馈口为方形，喇叭馈口尺寸为1m×1m～1m×2m。
步骤3和所述步骤S3的微波烧结过程中通过冷却水或循环冷却水对微波系统进行降温处理。
步骤3和所述步骤S3中微波烧结过程中通过废气抽排接口将微波烧结过程中产生的废弃排入废气处理系统进行处理。
步骤3中的所述表面微波加热系统和所述步骤S3中所述的纵深微波加热系统通过红外测温、保护装置在加热过程中对电源设备进行过热保护；通过保护装置中的环形器将微波发生器产生的微波按照由静偏磁场确定的方向传入波导管并由波导管传输至喇叭馈口进行微波烧结；通过保护装置中的水负载对微波加热过程中反射的微波进行吸收。
步骤4中，当一个烧结面烧结处理完毕后，将所述喇叭馈口移动至下一个烧结面，该烧结面与上一个烧结面衔接紧密，直到整片铀尾矿库滩面的表面均被烧结完成。
图2和图3为本发明一种铀尾矿库滩面微波固化方法对铀尾矿库滩面进行微波烧结处理所使用的装备，其中图2为铀尾矿库滩面纵深微波固化装备，图2为铀尾矿库滩面表面微波固化装备，所述铀尾矿库滩面纵深微波固化装备与铀尾矿库滩面表面微波固化装备结构原理相同，不同之处在于铀尾矿库滩面纵深微波固化装备的喇叭馈口104为圆形(如图5所示)，铀尾矿库滩面表面微波固化装备的喇叭馈口104为方形(如图4所示)，所述铀尾矿库滩面纵深微波固化装备与铀尾矿库滩面表面微波固化装备均包括：包括：微波加热系统1、升降装置2、尾气处理系统3、电力供应系统4和移动装置5；所述微波加热系统1与升降装置2连接后固定在移动装置上，所述尾气处理系统3和电力供应系统4固定在移动装置5上；所述微波加热系统1、升降装置2、尾气处理系统3和移动装置5均与电力供应系统4电连接；通过微波加热系统1对铀尾矿库滩面进行微波固化处理，通过升降装置2上下移动使喇叭馈口移动至需要固化滩面上方，且喇叭馈口的馈口边缘与滩面接触；通过尾气处理系统3对微波固化烧结过程中产生的尾气进行收集处理并排放；通过电力供应系统4控制微波加热系统1输出微波能对铀尾矿库滩面进行加热熔融处理，通过移动装置5控制整个设备移动至需要处理的固化滩面。
根据图2和图6、图7，所述微波加热系统1包括：微波发生器101、微波控制柜102、波导管103、喇叭馈口104和支撑板105；所述微波发生器101固定在支撑板105上并与微波控制柜102电连接，所述喇叭馈口104通过波导管103与微波发生器101连接；所述喇叭馈口104设置于所述波导管103的一端，当所述喇叭馈口104被设置于铀尾矿库滩面内层或表层时，所述微波控制柜102控制微波发生器101输出微波，并通过波导管103导向喇叭馈口104对铀尾矿库滩面内层或表层对铀尾矿进行微波烧结固化。
所述喇叭馈口104配备红外测温、保护装置，以及水汽、废气抽排接口；所述尾气处理系统3通过管道与喇叭馈口104的废气抽排接口连接；所述水汽抽排接口与冷却水或循环水冷系统连接；通过冷却水或循环水冷系统对微波系统进行降温处理；利用红外测温和保护装置对微波电源进行过热保护，防止微波损坏电源设备；所述保护装置包括环形器、水负载，所述保护装置安装在微波发生器101与波导管103之间，通过保护装置中的环形器将微波发生器产生的微波按照由静偏磁场确定的方向传入波导管103并由波导管传输至喇叭馈口进行微波烧结，通过保护装置中的水负载对微波加热过程中反射的微波进行吸收，从而实现在加热过程中对微波电源进行过热保护。
根据图2，所述升降装置2为可上下自由调节高度的上将机械臂，包括升降臂安装座201、第一升降臂202、第一气缸203、第二升降臂204、第二气缸205、第三升降臂206、第三气缸207，所述升降臂安装座201固定在移动装置5上，所述升降臂安装座201、第一升降臂202、第二升降臂204和第三升降臂206首位依次铰接；所述第一气缸203分别与升降臂安装座201和第一升降臂202铰接，所述第二气缸205分别与第一升降臂202和第二升降臂204铰接，所述第三气缸207分别与第二升降臂204和第三升降臂206铰接；通过第一气缸203、第二气缸205和第一气缸203来调节第一升降臂202、第二升降臂204和第三升降臂206的升降来调节控制喇叭馈口104的馈口与地面接触。
所述微波发生器101的输出功率为75KW～100KW。
进行铀尾矿库滩面表面微波固化时，所述喇叭馈口104的喇叭口为矩形，如图4所示，喇叭口尺寸为1m×1m～1m×2m，以实现表面烧结时将铀尾矿库滩面表面罩住。
进行铀尾矿库滩面纵深微波固化时，所述喇叭馈口104的喇叭口为圆形，如图5所示，喇叭口直径为30～50cm，并加长波导管长度，以实现对铀尾矿深部的烧结处理。
所述移动装置5为履带式防辐射装载车，具备良好防辐射性能，设置有报警系统，能够在设备超温、磁控管超温、微波系统故障等情况下自动报警。
所述尾气处理系统3采用水过滤及活性炭吸附装置。
所述喇叭馈口104周向布置金属网罩，可有效防止微波泄露。
本发明中微波电源与输出柜被安置在移动卡车上，通过传输波导将喇叭馈口安装至需要固化滩面上方，馈口边缘与滩面接触，通过系统控制；采用三相三线380V-AC(+/—5％)，50Hz(+/—2Hz)外接电源输出75～100kW微波能，微波频率为915±10MHz，微波功率通过DSP控制。将微波喇叭馈口直接罩于地面，打开电源，根据滩面成分不同，选取不同功率，在1100-1500℃，保温30-50min条件下进行加热熔融处理，加热过程中，微波泄露限制低于1mW/cm2，符合GB5959.6-87标准；加热过程中利用环形器和水负载对微波电源进行过热保护，整套装置采用循环水冷系统对装置进行降温处理，循环冷却水量＞70L/min；进水温度＜25℃，在20-25℃冷却效果最佳。装置对环境要求：温度2-35℃，相对湿度≤70％。
参照图2，所述铀尾矿库滩面表面微波固化装备的工作原理为：微波加热系统1安置在移动装置5上，微波发生器101与喇叭馈口104通过波导管103连接；通过升降装置2上下移动使喇叭馈口104移动至需要固化滩面上方，且喇叭馈口104的馈口边缘与滩面接触；电力供应系统4控制外接电源使微波发生器101输出75kW～100kW微波能，在1100～1500℃，保温30～50min条件下进行加热熔融处理；加热过程中，其喇叭馈口104在烧结时把其覆盖的整个面全封住，烧结产生的尾气经过废气抽排接口排放至尾气处理系统3中，烧结完后通过移动装置5和升降装置2将喇叭馈口104移动下一个烧结面，重复上述烧结过程，上一个烧结面与下一个烧结面衔接紧密，避免了两个烧结面之间因产生缝隙而烧不到；以此类推，直到整片铀尾矿库滩面的表面均被烧结完成。
参照图3，所述铀尾矿库滩面纵深微波固化装备结构及工作原理与铀尾矿库滩面表面微波固化装备类似，不同之处在于，其用于进行铀尾矿库滩面纵深微波固化，所述喇叭馈口104的喇叭口为圆形，如图5所示，在进行微波加热前，需要打孔布点，然后通过将通过升降装置2上下移动使喇叭馈口104移动至需要纵深微波加热的孔的上方，将圆形喇叭馈口104深入孔内，再对铀尾矿库滩面进行深度烧结，以实现对铀尾矿深部的烧结处理，烧结后的示意图如图8所示，其中，图8中(a)表示单次烧结示意图，图8中(b)表示连续烧结示意图。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案。
Claims (9)
1.一种铀尾矿库滩面微波固化方法，其特征在于，通过铀尾矿库滩面表面微波固化装备对待处理的铀尾矿库滩面进行表面微波固化处理，包括以下步骤：
步骤1：首先，通过移动装置将表面微波固化设备运送到处理现场的起始位置；
步骤2：上下调节表面微波固化装备的喇叭馈口的高度，使喇叭馈口边缘与滩面接触；
步骤3：启动表面微波固化装备的表面微波加热系统，控制微波发生器输出功率在75kW～100kW之间，并控制烧结温度在1100～1500℃，保温30～50min条件下对滩面铀尾矿进行表面微波烧结处理；
步骤4：将喇叭馈口移动至下一烧结面，重复步骤2和步骤3进行下一次微波烧结，直至整个滩面完成铀尾矿的表面微波固化处理；
在进行铀尾矿库滩面的表面微波固化处理前，还包括如下步骤：
通过铀尾矿库滩面纵深微波固化装备对待处理的铀尾矿库滩面进行纵深微波固化处理：
步骤S1：对待处理的整个铀尾矿库滩面进行打孔布点；
步骤S2：通过移动装置将纵深微波固化装备运送到处理现场，并通过升降装置将纵深微波固化装备的微波加热系统的喇叭馈口伸入预先打好的孔内；
步骤S3：启动纵深微波固化装备的纵深微波加热系统，控制其微波发生器输出功率在75kW～100kW之间，并控制烧结温度在1100～1500℃，保温30～50min条件下对深层尾矿进行深层微波烧结处理，通过升降装置控制尾矿烧结的深度；
步骤S4：重复步骤S2和步骤S3，对整个滩面的所有孔进行深层尾矿微波固化处理。
2.根据权利要求1所述的一种铀尾矿库滩面微波固化方法，其特征在于，步骤S1中所述的打孔布点的孔的深度为0.5～1m，孔径0.3～0.35m，孔间距为0.7m。
3.根据权利要求1所述的一种铀尾矿库滩面微波固化方法，其特征在于，步骤S2中喇叭馈口为圆形，根据孔洞尺寸大小，控制喇叭馈口直径为0.3～0.5m。
4.根据权利要求1所述的一种铀尾矿库滩面微波固化方法，其特征在于，所述步骤3的表面微波烧结处理和所述步骤S3的深层微波烧结处理时，微波穿透深度在0.3～0.5m，一次有效烧结深度为0.3m。
5.根据权利要求1所述的一种铀尾矿库滩面微波固化方法，其特征在于，步骤2中喇叭馈口为方形，喇叭馈口尺寸为1m×1m～1m×2m。
6.根据权利要求1所述的一种铀尾矿库滩面微波固化方法，其特征在于，所述步骤3的表面微波烧结处理和所述步骤S3的深层微波烧结过程中均是通过冷却水对微波系统进行降温处理。
7.根据权利要求1所述的一种铀尾矿库滩面微波固化方法，其特征在于，所述步骤3和所述步骤S3中的微波烧结过程中，通过废气抽排接口将微波烧结过程中产生的废弃排入废气处理系统进行处理。
8.根据权利要求1所述的一种铀尾矿库滩面微波固化方法，其特征在于，所述步骤3中的所述表面微波加热系统和所述步骤S3中所述的纵深微波加热系统通过红外测温、保护装置在加热过程中对电源设备进行过热保护；通过保护装置中的环形器将微波发生器产生的微波按照由静偏磁场确定的方向传入波导管并由波导管传输至喇叭馈口进行微波烧结；通过保护装置中的水负载对微波加热过程中反射的微波进行吸收。
9.根据权利要求1所述的一种铀尾矿库滩面微波固化方法，其特征在于，步骤4中，当一个烧结面烧结处理完毕后，将所述喇叭馈口移动至下一个烧结面，该烧结面与上一个烧结面衔接紧密，直到整片铀尾矿库滩面的表面均被烧结完成。
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